Il rifrattometro da processo in linea Vaisala K‑PATENTS® determina l'indice di rifrazione (RI) della soluzione di processo. Misura l'angolo critico di rifrazione utilizzando una sorgente luminosa a LED di colore giallo con la stessa lunghezza d'onda (589 nm) della linea del sodio D. La luce proveniente dalla sorgente luminosa (L) nella figura seguente è diretta verso l'interfaccia tra il prisma (P) e il fluido di processo (S). Due delle superfici del prisma (M) fungono da specchi facendo piegare i raggi luminosi in modo che incontrino l'interfaccia con angoli diversi.
I raggi luminosi riflessi formano un'immagine (ACB), dove (C) è la posizione del raggio con angolo critico. I raggi in corrispondenza di (A) sono totalmente riflessi dall'interfaccia di processo, mentre i raggi in corrispondenza di (B) sono parzialmente riflessi e parzialmente rifratti nella soluzione di processo. In questo modo l'immagine ottica viene suddivisa in una zona chiara (A) e una zona scura (B). La posizione del bordo dell'ombra (C) indica il valore dell'angolo critico. L'indice di rifrazione può quindi essere determinato sulla base di questa posizione.
L'indice di rifrazione cambia al variare della concentrazione e della temperatura della soluzione di processo. Per la maggior parte delle soluzioni, l'indice di rifrazione aumenta all'aumentare della concentrazione. A temperature più elevate, l'indice di rifrazione è inferiore rispetto a quello riscontrato a temperature più basse. Da ciò ne consegue che l'immagine ottica cambia al variare della concentrazione della soluzione di processo come mostrato nella figura seguente. Il colore della soluzione, le bolle di gas o le particelle non disciolte non influiscono sulla posizione del bordo dell'ombra (C).
La posizione del bordo dell'ombra viene misurata digitalmente utilizzando un elemento CCD e viene convertita in un valore di indice di rifrazione da un microprocessore all'interno dello strumento. Questo valore viene utilizzato insieme alla temperatura di processo misurata per calcolare la concentrazione.
